摘 要： 對變頻式空調器的工作原理和模糊控制技術在變頻式空調器中的應用進行了深入探討，并分析了其硬件系統(tǒng)的結構和軟件系統(tǒng)的設計。
關鍵詞： 空調器 變頻 模糊控制 硬件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)
空調技術的目標就是要為人們創(chuàng)造一個舒適的環(huán)境，但從室內(nèi)環(huán)境而言，恒溫環(huán)境并非是衛(wèi)生和舒適的標準環(huán)境。因為除了溫度以外，還有濕度、空氣流速等多種因素影響到舒適的程度。而常規(guī)空調系統(tǒng)大多采用簡單的機械溫控開關來設定控制溫度，通過壓縮機的停開來實現(xiàn)空氣調節(jié)系統(tǒng)的恒溫控制。這種以溫度為變量的運行方式一方面忽略了影響人體舒適感的多因素性;另一方面由于壓縮機頻繁的起動和停止，不僅壓縮機易損壞，且將造成一定的能量損耗。而采用模糊控制的變頻式空調器，可以自動根據(jù)室內(nèi)的熱環(huán)境因素調節(jié)壓縮機的轉速，為人們創(chuàng)造一個舒適環(huán)境，同時也有利于節(jié)約電能，延長壓縮機使用壽命。
1 變頻空調器的工作原理
變頻空調器采用由變頻壓縮機、電子膨脹閥、 室內(nèi)外換熱器和風機系統(tǒng)構成的可變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)，該系統(tǒng)主要完成三大調節(jié)功能，即:壓縮機功率調節(jié)、制冷劑流量調節(jié)和熱交換器能力的調節(jié)。其中壓縮機功率調節(jié)由變頻器完成，制冷劑流量則由電子膨脹閥調節(jié)，而熱交換能力則由風扇調節(jié)。
變頻空調器采用模糊控制技術對輸入變量作模糊技術處理后，可實現(xiàn)對多變量的動態(tài)控制，其控制關系如圖1所示。它包括三個輸入量:室內(nèi)溫差及其隨時間的變化率，室內(nèi)換熱器管壁的溫度及其隨時間的變化率，室外換熱器管壁的溫度及其隨時間的變化率。輸出量包括對空調器的制冷、制熱、除濕、化霜、風向、風量等功能實行智能化控制。
變頻空調器的工作原理可參見圖2，它可分為模糊輸入接口、模糊推理判別決策機構和模糊輸出接口三個部分。
模糊輸入接口的主要功能是根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng)輸出值，計算所選擇的系統(tǒng)的輸入變量，并將輸入變量的精確值變?yōu)槟：?，即將被控系統(tǒng)的溫差及溫差變化率的精確值轉化為模糊量，以便進行模糊推理和決策。
模糊決策機構的主要功能是根據(jù)輸入變量的模糊量和模糊推理規(guī)則表推斷出控制決策。
模糊輸出接口的主要功能是把經(jīng)模糊推理決策后所得的模糊控制量轉化為精確量，去控制壓縮機的轉速。
2 模糊控制在變頻空調器中的實現(xiàn)
變頻空調器的控制器在自動工作方式下，根據(jù)溫差和溫差變化率推斷出變頻器的工作頻率，進而控制壓縮機的運行速度。
2.1 精確量的模糊化
本系統(tǒng)采用目前廣泛采用的二維模糊控制器。設模糊變量為:e(溫差)、de/dt(溫差變化率)、f(輸出量)。相應的模糊語言變量取值為:
e={負大(NB)，負小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正大(PB) }
△e={負高(NH)，負低(NL)，零(ZO)，正低(PL)，正高(PH)}
f={零(ZO)，低(L)，中(M)，高(H)，最高(MH)}
精確量的模糊化主要是求各詞集的隸屬函數(shù)。
2.2.1 溫差模糊子集的隸屬函數(shù)
可將溫差論域劃分為7檔{-3，-2，-1，0，1，2，3}，通過統(tǒng)計可得模糊變量e的統(tǒng)計表，如表1所示。
2.2.2 溫差變化率模糊子集的隸屬函數(shù)
設溫差變化率論域劃分為7檔{-3，-2，-1，0，1，2，3}， 通過統(tǒng)計可得模糊變量de/dt的賦值表，如表2所示。
2.2.3 輸出量模糊子集的隸屬函數(shù)
設輸出量量化論域劃分為7檔{0，1，2，3，4，5，6}，通過統(tǒng)計可得輸出變量f的賦值表如表3所示。
2.2 模糊控制規(guī)則的形成
對于雙輸入單輸出模糊控制器，其控制規(guī)則可寫成如下形式:
IF e=Ai and de/dt=Bj then f=Cij (i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)
其中Ai:溫差e模糊子集，Bj：溫差變化率de/dt模糊子集，Cij：輸出量f模糊子集。根據(jù)實際運行經(jīng)驗進行分析、歸納，可確定模糊控制規(guī)則如表4所示。
2.3 模糊推理
表4中的控制規(guī)則可表示成一個總的模糊關系R，即：
3 變頻空調器硬件系統(tǒng)
新型的變頻式模糊控制空調器實際上是一個多CPU控制系統(tǒng)，如圖3和圖4所示。它主要包括三個部分:紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)、室內(nèi)機組控制系統(tǒng)、室外機組控制系統(tǒng)。其中紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)是一個良好的人機交互系統(tǒng)，便于用戶選擇相應的空調器工作方式和工作參數(shù)，控制空調器的開停;室內(nèi)機組控制系統(tǒng)接收來自于發(fā)射系統(tǒng)的遙控指令，借助于傳感技術，采用模糊邏輯推理自動設定風機的轉速和壓縮機工作頻率，控制室內(nèi)風機的無級調速以及風門的搖擺動作，并且將有關的決策信息通過串行通信方式傳遞到室外機組;室外機組控制系統(tǒng)接收室內(nèi)機組的串行指令，利用PWM脈寬調制技術實現(xiàn)壓縮機的制冷量連續(xù)調節(jié)。三者既相互獨立，又能有效地傳遞、交換信息，最終成為一個有機的整體，使之達到操作方便、工作可靠、技術性能穩(wěn)定、性價比高等期望結果。
4 軟件系統(tǒng)的設計
變頻式模糊控制分體空調器的軟件設計分為室內(nèi)機、室外機和遙控器三部分。室內(nèi)機與遙控器之間通過紅外信號編碼傳遞控制指令，室內(nèi)機與室外機之間由串行通信接口傳送信息。
室內(nèi)機是控制系統(tǒng)的核心，其軟件控制系統(tǒng)由主程序和若干子程序組成。子程序包括三個層次，最高層次有制冷子程序、除濕子程序、快速/超靜子程序、應急控制子程序;中間層次有風機速度控制子程序、風門步進電機控制子程序、紅外遙控指令輸入捕捉中斷服務子程序、實時時鐘中斷服務子程序、IRQ外部中斷服務子程序;最低層次有串行通信子程序、數(shù)據(jù)采集及濾波子程序、延時子程序、報警提示子程序、模糊推理機等。其主程序流程圖如圖5所示。
室外機控制系統(tǒng)軟件可分為壓縮機變頻控制模塊，與室內(nèi)機的通信模塊和信號采集、控制輸出三大模塊。其中變頻控制軟件是室外機控制系統(tǒng)的核心。其主程序流程圖如圖6所示。
變頻式空調器，采用模糊控制技術可根據(jù)周圍環(huán)境狀況自動采取最佳運行方式，以達到最舒適的環(huán)境。它抗干擾能力強，成本低，又省電，具有較強的競爭力。
參考文獻
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